【安装因素对分装式旋变输出精度的影响分析】影响加工精度的因素

　　摘 要:分装式旋变作为角位置反馈器件,能够和主机系统进行结构一体化设计,所以常用在现代武器系统中。使用分装式旋变,旋变定转子需要随主机分别装配,定转子的装配误差均可能引起旋变输出精度变差。本文根据一种分装式双通道旋变在各种安装状态下的试验情况,对各种安装误差对输出精度的影响进行了分析。
　　关键词:安装误差 精度
　　中图分类号:TM2 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)05(b)-0086-02旋转变压器是一种控制系统常用的微电机,是利用电磁感应原理将机械转角转变成与该转角呈某一函数关系的角位置测量装置。通常应用的旋变为一对极(两极),其定子和转子绕组中各有两个互相垂直的绕组。由于其定子和转子的磁通分布符合正弦规律,因此当激磁信号加到定子绕组上时,转子绕组产生感应电动势输出。双通道旋变是由一个两极(粗机)和一个多极(精机)旋变通过机械组合或磁路组合而成的,工作时通过粗精机分别完成粗角度位置和精角度位置的测量,可以有效提高测量精度。
　　与电位器等角位置传感器相比,双通道旋变的输出精度更高,可以比较容易地做到20″。同时,旋转变压器在高低温、振动、冲击和过载等环境条件下具有很好的可靠性和稳定性。基于上述原因,旋转变压器作为角位置传感器在火箭、导弹、舰船和坦克等军事领域应用广泛。
　　1 影响分装式旋变输出精度的装配因素
　　在武器系统中使用分装式旋变作为角位置反馈器件,可以把旋变定转子的结构与武器系统本身的结构一体化设计,这样不但可以节省空间,还能更加灵活地进行方案设计。使用分装式旋变,旋变定转子需要随主机分别装配,定转子的装配误差均可能引起旋变输出精度变差。本文根据一种分装式双通道旋变的使用情况,对各种安装误差对输出精度的影响进行了分析。
　　可能引起分装式旋变输出精度变差的装配因素有以下几种:装配后定转子轴向错位;定转子同轴度超差;定转子垂直度超差;转子装配倾斜,联结螺钉压紧后转子变形;定子装配倾斜,联结螺钉压紧后定子变形。下面是某双通道旋变在上述各状态下的输出精度测试结果,该产品粗机误差指标为±30′,精机误差指标为±30″。被测产品一套,实验室状态下粗机误差实测值±8′,精机误差实测值±22″,均满足指标要求。测试条件为旋变粗精机800Hz/20V电压激磁,分度转台的分辨率0.1″。
　　(1)通过转台调整,将旋变定转子轴向错位0.5mm,测试粗机误差值±11′,精机误差值±20″,均无明显变化,只是输出电压略微降低。实际使用中,分装式旋变装配后轴向错位小于0.5mm比较容易做到,一般通过零件的机加精度就能够保证。
　　(2)将定转子同轴度调整到φ0.1mm后,测试旋变粗机误差值19′,精机误差值±24″满足指标要求。该型旋变定转子间隙为0.15mm,同轴度调整到φ0.1mm已是较差状态。
　　(3)在旋变法兰8个装配孔中的一个下面增加一个0.5mm的垫片,使定转子垂直度变差(约0.5mm)。在上述状态下只固定加垫片位置的螺钉和相对此位置旋转180°的螺钉,测试旋变输出,粗机误差值19′,精机误差值±24″,满足指标要求。
　　(4)在(3)状态下把其余紧固螺钉拧紧(按装配要求12kg·cm),塞垫片检测,证实此时旋变定子在加垫片处局部变形,此状态下旋变粗机输出曲线如图1所示,测试旋变粗机输出误差约为2°,精机误差值±21″。粗机正常输出的曲线如图2所示。
　　(5)同样,在旋变转子装配法兰处加一个0.5mm的垫片,使旋变转子相对定子的垂直度变差,测试旋变输出结果类似(3)、(4),即只是垂直度变差时对输出精度影响不大,而所有的螺钉都按装配要求拧紧使旋变转子局部变形后,输出误差增大到1°10′左右。
　　(6)在(4)状态下,调整螺钉压紧的力矩,测试旋变粗机输出结果如下:8kg·cm压紧力矩下粗机输出误差1°32′,12kg·cm压紧力矩下粗机输出误差1°57′,16kg·cm压紧力矩下粗机输出误差2°7′。可以看出压紧力矩增大致使旋变变形加大时,粗机输出误差相应增大。
　　综合分析以上各验证试验结果可知,能引起旋变输出精度超差的装配因素有定子受力变形和转子受力变形两种(如图1和图2)。
　　2 影响因素机理分析
　　该型号旋变发送机是双通道16对极,转子绕组上外施频率800Hz/20V电压激磁,定子输出,用于测量稳定平台转角的角位置传感器。理论上,定子输出绕组的正余弦输出电压与激磁电压有以下关系:
　　Usin=UfKsinα (1)
　　Ucos=UfKcosα (2)
　　式(1)和(2)中,Usin和Ucos为正余弦输出电压;Uf为外施激磁电压;α为转子转角;K为旋变的变比,它为定、转子绕组的有效匝数比,也是定子绕组最大输出电压与转子绕组激磁电压之比,是一个常数。
　　从式(1)和式(2)可以看出,激磁电压恒定时,旋变正余弦输出与转子转角呈正余弦函数关系。旋变发送机和普通双绕组变压器比较,其激磁绕组相当于变压器的一次侧,正(余)弦绕组相当于变压器的二次侧,而区别在于正(余)弦输出绕组所匝链磁通φ的多少取决于它和激磁绕组之间的相对位置,磁通φ决定着正(余)弦输出绕组的输出电压大小。此外,影响正(余)弦输出绕组输出电压大小的因素还有定转子之间的气隙。在旋变定(转)子局部变形的状态下,该处除了正(余)弦输出绕组和激磁绕组之间的相对位置发生改变外,定转子之间的气隙大小和均匀性也发生了变化,这就导致了旋变输出异常,输出误差变大。
　　上述机理是针对两对极旋变发送机分析,只能适用于双通道旋变发送机的粗机输出。对于16对极的旋变精机,旋变定(转)子局部变形影响很小,这也和实际测试结果相符,原因有以下两点。
　　(1)在两极旋变中,电器角度和机械角度是一致的,而16对极旋变电气角度是机械角度的16倍。如果二者的电气误差相同,则转到机械角度时,16对极的电气误差只是两极的1/16。
　　(2)16对极的精机相对粗机,精机每对极沿定子内圆所占的弧长就只是粗机的1/16,那么在某一对极下由于气隙不均匀因素引起的磁通密度非正弦分布的程度就小得多。同时,如果各对极下的平均气隙仍不相等,那么各对极下的绕组之间的串联可以起到平均补偿作用,使旋变局部变形引起的气隙不均对输出精度影响很小。
　　3 结语
　　根据对比试验结果,证实对旋变输出误差影响最大的安装因素是定子受力变形和转子受力变形两种。根据实际使用经验,旋变定(转)子只有在一侧没有安装到位,才可能发生法兰螺钉拧紧后造成定(转)子受力变形的情况。导致定(转)子装配后一侧没有到位的可能原因有两种:一是装配人员没有经验,未对正而强行压入,致使结构卡死,一侧没有装配到位;二是旋变定(转)子装配法兰配合面上有异物。两种情况都是分装式旋变装配时需要特别注意的。
　　参考文献
　　[1] 多极自整角机和多极旋转变压器译文集[M].国外航空编辑部,1978(12).